有限转角无刷力矩电机设计方法研究

有限转角无刷力矩电机设计方法研究!

刘卫国"马瑞卿

#西北工业大学自动控制系"陕西西安$%&&$’(

摘要)提出并设计了一种双余度稀土永磁有限转角无刷力矩电机"对该电机的基本结构进行了研究"给出了电磁转矩*反电势和绕组电感的计算方法"并进行了样机试制+样机测试结果表明"该电机出力大*响应快"可满足航空直接驱动伺服阀的要求"具有重要的应用前景+

关键词)有限转角"力矩电机"设计方法"双余度

中图分类号),-./012文献标识码)3文章编号)%&&&4’$/5#’&&’(&64&/%/4&6

有限转角无刷力矩电机是一种可在一定角度范

围内直接驱动负载做快速运动和准确定位的伺服电

机+由该电机组成的位置伺服系统具有出力大*频带

宽*定位精度高*体积小*重量轻等特点+系统可在航

空伺服阀*舵机作动*机器人关节*雷达天线等高精

度电气伺服系统中用于在有限角度内对负载进行直

接驱动+利用该电机还可方便组成多余度控制系统"

实现可靠性驱动+国外在5&年代末已将其应用于流

体推进装置和卫星辐射扫描镜的精度控制"国内对

该类电机研究较少"关于其设计方法*参数计算和余

度控制等方面的关键技术还未见相关研究报道+本

文针对一种先进的航空旋转式直接驱动器的需要"

提出并设计了一种有限转角无刷力矩电机+

7电机基本结构

有限转角无刷力矩电机的基本结构形式如图%

所示+图中"8

9

为旋转角度范围"&&:为电机角度零位

线";;:和<<:为=8

9的边界线+定子齿槽数>

?

@%6"其中$*%6两槽无绕组+其它%’个槽隔槽嵌放两套彼此对称独立的工作绕组"即双余度绕组+每套绕组含有一个电气定位绕组+转子由超高内禀矫顽力的钕铁硼#A B C D E(磁体组成两极励磁结构"使电机具有产生较大峰值转矩和抗去磁的能力"同时有效地缩小体积"减小机电时间常数"提高快速性+双余度同时工作时"绕组电流如图%所示+在=8

9

工作范围内"定转子磁场平均正交"产生最大电磁转矩+单余度工作时"电枢磁势减小一半"同时有去磁或增磁磁势

+

图%电机结构截面图

F电磁转矩与反电势

由于两个余度是对称的"它们的反电势和电磁转矩也是对称的"其表达式相同+下面仅分析单余度的表达式+

单余度工作时电机剖面结构示意图如图’#G(所示+极对数H@%并取极弧系数I@%+气隙磁密呈方波分布"如图’#J(所示+下面以图示电枢绕组与转子磁极的相对位置为分析的参考位置"并取磁极轴线为K轴"对应该轴有8@&+该单余度电枢绕组有.个隔槽嵌放的线圈组成"每个线圈的匝数为L%"在空间彼此相隔M@6N O>?电角度+

’&&’年%%月第’&卷第6期

西北工业大学学报

P Q R S T G U Q V A Q S W X Y D Z W D S T[Q U\W D]X T^]G U_T^‘D S Z^W\

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!收稿日期)’&&%b&0b%%基金项目)教育部’&&&年跨世纪优秀人才培养计划基金和航空科学基金#00C/.&$&(作者简介)刘卫国#%02&b("西北工业大学教授"主要从事稀土永磁电机及控制技术的研究+

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